JP3557453B2

JP3557453B2 - 二重反転プロペラ装置

Info

Publication number: JP3557453B2
Application number: JP26975695A
Authority: JP
Inventors: 吉胤住野
Original assignee: ヤマハマリン株式会社
Priority date: 1995-10-18
Filing date: 1995-10-18
Publication date: 2004-08-25
Anticipated expiration: 2015-10-18
Also published as: US5807151A; JPH09109994A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、前後２枚のプロペラを同一軸心を中心として互いに逆方向に回転駆動する二重反転プロペラ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
船外機等に設けられる船舶推進装置として二重反転プロペラ装置を使用すれば高い推進効率が得られることは既に知られている。斯かる二重反転プロペラ装置は、一方向に回転する入力軸と、該入力軸の端部に結着された水平ベベルギヤと、該水平ベベルギヤに噛合する前後一対の垂直ベベルギヤと、互いに独立して回転する内軸及び外軸と、該内軸と外軸の各後端部に結着された前後２枚のプロペラを含んで構成され、前記垂直ベベルギヤの回転を前記内軸と外軸に伝達して前記２枚のプロペラを互いに逆方向に回転駆動して高い推進効率を得るものである。
【０００３】
ところで、この種の二重反転プロペラ装置においては、水中において前側プロペラによって形成されるスリップストリーム（ｓｌｉｐｓｔｒｅａｍ）中で後側プロペラが作動するために後側プロペラは前側プロペラとは異なった状態下で作動するが、従来はこのことが考慮されておらず、従って、両プロペラが共に最適効率を発揮するに至らなかった。
【０００４】
そこで、前記事情を考慮して後側プロペラの翼面積、外径、翼ピッチ、翼枚数等の諸元を前側プロペラのそれらに対して変えることによって両プロペラについて最適効率を得るようにした提案がなされている（例えば、特開昭６２−６８１９８号、特公平２−５５２７５号、特開平４−２３１２８０号公報参照）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記提案においては、二重反転プロペラ装置が水中に常時全没状態にあることを前提として前後のプロペラの諸元を決定している。
【０００６】
しかしながら、実際には船外機等においては二重反転プロペラ装置が水中に半没した状態で使用されることがあり、斯かる場合にも前後のプロペラが最適効率を発揮し得るようにそれらの諸元が決定される必要がある。
【０００７】
従って、本発明の目的とする処は、使用状態に拘らず前後のプロペラについて常に最適効率を得ることができる二重反転プロペラ装置を提供することにある。
【０００８】
又、本発明は、プロペラに排気ガスを積極的に巻き込ませることによって加速性向上を図ることができる二重反転プロペラ装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明は、前後２枚のプロペラを同一軸心を中心として互いに逆方向に回転駆動する二重反転プロペラ装置において、後側プロペラの前側プロペラに対する翼面積比ｒ_s 、外径比ｒ _D 、翼ピッチ比ｒ _p 、キャンバ比 r _c をそれぞれｒ _s ＝０．８５、ｒ_D＝０．７〜１．０、ｒ _p ＝０．９〜１．１、 r _c ＝１．０に設定したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、各プロペラの翼のコード長Ｌとキャンバｃを用いて定義されるキャンバ（％）＝ｃ／Ｌを０．５〜３．５％に設定するとともに、翼のレーキ角θを０〜３０°に設定したことを特徴とする。
【００１４】
請求項３記載の発明は、請求項１，２又は３記載の発明において、二重反転プロペラ装置を船外機に設置するとともに、該二重反転プロペラ装置を水中に半没状態で使用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項４記載の発明は、請求項１，２又は３記載の発明において、前記プロペラの上流側に排気ガスを排出するよう構成したことを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１７】
図１は二重反転プロペラ装置が半没状態で使用される船外機を搭載した船体の側面図、図２及び図３は船外機の使用状態を示す側面図、図４は二重反転プロペラ装置が全没状態で使用される船外機を搭載した船体の側面図である。
【００１８】
図１乃至図３に示す船外機１は高速艇等の速度の速い船体５０の後部に取り付けられており、該船外機１の下部に設けられた推進装置である二重反転プロペラ装置１０は、互いに逆方向に回転する前後２枚のプロペラ２，３を有している。
【００１９】
図２及び図３に示すように、船外機１はクランプブラケット４によって船体５０の船尾板５０ａに取り付けられており、その上部のカウリング５内には駆動源である不図示のエンジンが収納されており、該エンジンによって前記二重反転プロペラ装置１０の前後一対のプロペラ２，３が後述の機構によって互いに逆方向に回転駆動される。
【００２０】
而して、船外機１の使用形態としては、図２又は図３に示すように二重反転プロペラ装置１０が水中に半没した状態で使用される場合と、図４に示す漁船等の船体６０に取り付けられて二重反転プロペラ装置１０が水中に全没した状態で使用される場合が考えられる。尚、図３は船外機１が角度αだけチルトアップされた使用状態を示す。
【００２１】
ここで、本発明に係る二重反転プロペラ装置１０の構成の詳細を図５に基づいて説明する。尚、図５は本発明に係る二重反転プロペラ装置１０の側断面図である。
【００２２】
図５において、６はロアケースであって、このロアケース６の下部には内外二重軸を構成する中実の内軸１１と中空の外軸１２が前後方向（図５の左右方向）に水平に、且つ、回転自在に配されている。
【００２３】
そして、上記外軸１２のロアケース６から後方へ延出する後端部には前記前側プロペラ２がダンパ部材１３を介して結着されており、該前側プロペラ２の後方であって、且つ、内軸１１の外軸１２から後方へ延出する後端部には前記後側プロペラ３がダンパ部材１４を介して結着されている。
【００２４】
尚、ロアケース６と前側プロペラ２との間には隙間１５が形成されており、ロアケース６内に形成された排気通路７は隙間１５を介して水中に開口している。
【００２５】
他方、前記内軸１１の前端部外周と外軸１２の前端部外周には、回転自在に支承された前後一対の垂直ベベルギヤ１６，１７が相対向して配されており、前側の垂直ベベルギヤ１６の外周部はテーパローラベアリング１８を介してロアケース６に回転自在に支承され、後側の垂直ベベルギヤ１７の外周部はベアリングハウジング１９に保持されたテーパローラベアリング２０によって回転自在に支承されている。尚、内軸１１は、その前端部と後端部が回転自在に支承されている。
【００２６】
ところで、外軸１２の前端外周部であって、且つ、前後一対の垂直ベベルギヤ１６，１７の内側部分には、第１のスライダ２１が外軸１２に沿って前後方向に摺動自在にスプライン嵌合されている。同様に、内軸１１の前記前側の垂直ベベルギヤ１６の前方の前端外周部には、第２のスライダ２２が内軸１１に沿って前後方向に摺動自在にスプライン嵌合されている。
【００２７】
又、内軸１１の先端部の中心には中空状のプランジャ２３が前後方向に摺動自在に嵌装されており、該プランジャ２３には、内軸１１に貫設された長孔１１ａ，１１ｂに挿通するピン２４，２５が軸直角方向に挿通されている。そして、前記第１のスライダ２１はピン２４によってプランジャ２３に連結されており、前記第２のスライダ２２はピン２５によってプランジャ２３に連結されている。
【００２８】
従って、第１のスライダ２１と第２のスライダ２２とはピン２４，２５によって互いに連結されており、両者はピン２４，２５が長孔１１ａ，１１ｂ内を移動し得る範囲内で、前後方向に摺動可能である。
【００２９】
一方、ロアケース６内には、不図示のエンジンによって一方向に回転駆動される入力軸２６と、該入力軸２６に対して平行に延在するシフトロッド２７が垂設されており、入力軸２６の下端には、前記一対の垂直ベベルギヤ１６，１７に噛合する水平ベベルギヤ２８が結着されている。
【００３０】
而して、不図示のシフトレバーを操作してシフトロッド２７をその軸中心回りに回動させれば、該シフトロッド２７の回動はシフトカム２９によって第２のスライダ２２の軸方向移動に変換されるため、該第２のスライダ２２が第１のスライダ２１と共に一体的に前後方向に摺動せしめられる。
【００３１】
次に、本二重反転プロペラ装置１０の作用を説明する。
【００３２】
不図示のエンジンが駆動され、該エンジンによって入力軸２６が一方向に回転駆動されると、該入力軸２６の回転は水平ベベルギヤ２８を介して前後一対の垂直ベベルギヤ１６，１７に伝達され、両垂直ベベルギヤ１６，１７が互いに逆方向に常時回転駆動される。
【００３３】
ここで、不図示のシフトレバーを「中立位置」にセットすると、図５に示すように、第１のスライダ２１と第２のスライダ２２は共に垂直ベベルギヤ１６，１７に噛み合わない中立状態に保たれ、このとき、両垂直ベベルギヤ１６，１７は自由回転（空転）し、入力軸２６の回転は内軸１１及び外軸１２に伝達されない。従って、前後のプロペラ２，３は共に回転せず、推進力は発生しない。
【００３４】
次に、不図示のシフトレバーを「前進位置」にセットすると、前記シフトロッド２７とシフトカム２９が所定の方向に所定角度だけ回動せしめられ、第１のスライダ２１と第２のスライダ２２が一体的に後方へ摺動せしめられ、第１のスライダ２１は後側の垂直ベベルギヤ１７に噛合し、第２のスライダ２２は前側の垂直ベベルギヤ１６に噛合する。
【００３５】
而して、入力軸２６の回転は水平ベベルギヤ２８と垂直ベベルギヤ１７及び第１のスライダ２１を経て外軸１２に伝達されるとともに、水平ベベルギヤ２８と垂直ベベルギヤ１６及び第２のスライダ２２を経て内軸１１に伝達され、外軸１２及びこれに結着された前側プロペラ２と内軸１１及びこれに結着された後側プロペラ３とが互いに逆方向に回転駆動される。このように、前進時においては、前後の一対のプロペラ２，３が互いに逆方向に回転駆動される二重反転方式が実行されるため、これらのプロペラ２，３には高い推進効率が得られる。
【００３６】
ところで、エンジンからの排気ガスは、ロアケース６に形成された前記排気通路７を通って流れ、ロアケース６と前側プロペラ２との間の隙間１５から水中に排出されてプロペラ２，３に巻き込まれる。
【００３７】
而して、上述のようにエンジンからの排気ガスがプロペラ２，３に巻き込まれると、互いに逆方向に回転する前後２枚のプロペラ２，３の水中での摩擦抵抗が排気ガスの泡によって低減され、エンジンへの負荷が減って加速性の向上、燃費の改善等が図られる。
【００３８】
尚、不図示のシフトレバーを「後進位置に」にセットすると、前記シフトロッド２７とシフトカム２９が所定の方向に所定角度だけ回動せしめられ、第１のスライダ２１と第２のスライダ２２が一体的に前方へ摺動せしめられ、第２のスライダ２２と垂直ベベルギヤ１６との噛合が解除される一方、第１のスライダ２１の噛合が後側の垂直ベベルギヤ１７から前側の垂直ベベルギヤ１６に切り換えられる。
【００３９】
このため、入力軸２６の回転は水平ベベルギヤ２８と前側の垂直ベベルギヤ１６及び第１のスライダ２１を経て外軸１２のみに伝達され、内軸１１には伝達されず、外軸１２とこれに結着された前側プロペラ２のみが前進時とは逆方向に回転駆動される。このように、後進時に前側プロペラ２のみが回転駆動されると、静止している後側プロペラ３が前側プロペラ２の回転の障害にならないため、前側プロペラ２に高い推進効率が確保されて十分な推進力が得られる。
【００４０】
次に、本発明に係る二重反転プロペラ装置１０の前後一対のプロペラ２，３の諸元を図６乃至図１１に基づいて説明する。尚、図６は前側プロペラの側断面図、図７は同前側プロペラの後面図、図８は図７のＡ−Ａ線拡大断面図、図９は後側プロペラの側断面図、図１０は同後側プロペラの後面図、図１１は図１０のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【００４１】
本実施の形態においては、二重反転プロペラ装置１０のプロペラ２，３は、それぞれボス部２ａ，３ａと各ボス部２ａ，３ａの外周に一体に形成された各３枚の翼２ｂ，３ｂによって構成されている。
【００４２】
而して、後側プロペラ３は前側プロペラ２よりも小径に成形されており、後側プロペラ３の外径Ｄ_２の前側プロペラ２の外径Ｄ_１に対する比（外径比）ｒ_Ｄ＝Ｄ_２／Ｄ_１＝０．９２に設定されている。
【００４３】
又、プロペラ２，３の各翼２ｂ，３ｂの断面形状を図８、図１１にそれぞれ示すが、後側プロペラ３の翼３ｂの面積（展開面積）Ｓ_２の前側プロペラ２の翼２ｂの面積（展開面積）Ｓ_１に対する比（翼面積比）ｒ_Ｓ＝Ｓ_２／Ｓ_１＝０．８２に設定されている。
【００４４】
更に、後側プロペラ３の翼３ｂのピッチＰ_２、キャンバｃ_２の前側プロペラプロペラ２の翼２ｂのピッチＰ_１、キャンバｃ_１に対する比、つまり、翼ピッチ比ｒ_Ｐ＝Ｐ_２／Ｐ_１とキャンバ比ｒ_ｃ＝ｃ_２／ｃ_１は、ｒ_Ｐ＝０．９８、ｒ_ｃ＝１．０にそれぞれ設定されている。又、各翼２ｂ，３ｂのキャンバｃ_１，ｃ_２のコード長Ｌ_１，Ｌ_２に対する比として定義されるキャンバ（％）＝ｃ_１／Ｌ_１，ｃ_２／Ｌ_２は各々１．０〜２．５％に設定され、各翼２ｂ，３ｂのレーキ角（傾斜角）θ_１，θ_２はθ_１＝θ_２＝２０°に設定されている（図６及び図９参照）。
【００４５】
而して、本実施の形態において各プロペラ２，３の諸元を上述のように設定すると、二重反転プロペラ装置１０を図１乃至図３に示すように水中に半没させた状態で使用する場合及び図４に示すように水中に全没させた状態で使用する場合の何れにおいても、前後のプロペラ２，３について常に最適効率を得ることができた。
【００４６】
尚、前後のプロペラ２，３の各種諸元を種々変えて実験を行ったところ、二重反転プロペラ装置１０の使用状態に拘らず前後のプロペラ２，３について最適効率を得るためのプロペラ２，３の各種諸元の最適値と許容範囲として下表に示す結果が得られた。
【００４７】
【表１】

【００４８】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明によれば、前後２枚のプロペラを同一軸心を中心として互いに逆方向に回転駆動する二重反転プロペラ装置において、後側プロペラの前側プロペラに対する翼面積比ｒ_s、外径比ｒ_D、翼ピッチ比ｒ_p及びキャンバ比r_cをそれぞれｒ_s＝０．８５、ｒ_D＝０．７〜１．０、ｒ_p＝０．９〜１．１、r_c＝１．０に設定したため、該二重反転プロペラ装置の使用状態に拘らず前後のプロペラについて常に最適効率を得ることができるという効果が得られる。
【００４９】
又、本発明によれば、プロペラの上流側に排気ガスを排出するよう構成したため、互いに逆方向に回転する前後２枚のプロペラの水中での摩擦抵抗が排気ガスの泡によって低減され、エンジンへの負荷が減って加速性の向上、燃費の改善等が図られるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る二重反転プロペラ装置が半没状態で使用される船外機を搭載した船体の側面図である。
【図２】本発明に係る二重反転プロペラ装置が半没状態で使用される船外機の使用状態を示す側面図である。
【図３】本発明に係る二重反転プロペラ装置が半没状態で使用される船外機の使用状態を示す側面図である。
【図４】本発明に係る二重反転プロペラ装置が全没状態で使用される船外機を搭載した船体の側面図である。
【図５】本発明に係る二重反転プロペラ装置の側断面図である。
【図６】本発明に係る二重反転プロペラ装置の前側プロペラの側断面図である。
【図７】本発明に係る二重反転プロペラ装置の前側プロペラの後面図である。
【図８】図７のＡ−Ａ線拡大断面図である。
【図９】本発明に係る二重反転プロペラ装置の後側プロペラの側断面図である。
【図１０】本発明に係る二重反転プロペラ装置の後側プロペラの後面図である。
【図１１】図１０のＢ−Ｂ線拡大断面図である。
【符号の説明】
１船外機
２，３プロペラ
２ｂ，３ｂプロペラ翼
１０二重反転プロペラ装置
ｃ_１，ｃ_２キャンバ
Ｄ_１，Ｄ_２プロペラ外径
Ｌ_１，Ｌ_２翼コード長
Ｐ_１，Ｐ_２翼ピッチ
Ｓ_１，Ｓ_２翼面積
θ_１，θ_２翼レーキ角

Claims

前後２枚のプロペラを同一軸心を中心として互いに逆方向に回転駆動する二重反転プロペラ装置において、
後側プロペラの前側プロペラに対する翼面積比ｒ_s 、外径比ｒ _D 、翼ピッチ比ｒ _p 、キャンバ比 r _c をそれぞれｒ _s ＝０．８５、ｒ_D＝０．７〜１．０、ｒ _p ＝０．９〜１．１、 r _c ＝１．０に設定したことを特徴とする二重反転プロペラ装置。
各プロペラの翼のコード長Ｌとキャンバｃを用いて定義されるキャンバ（％）＝ｃ／Ｌを０．５〜３．５％に設定するとともに、翼のレーキ角θを０〜３０°に設定したことを特徴とする請求項１記載の二重反転プロペラ装置。
船外機に設置され、水中に半没状態で使用されることを特徴とする請求項１又は２記載の二重反転プロペラ装置。
前記プロペラの上流側に排気ガスを排出するよう構成したことを特徴とする請求項１，２又は３記載の二重反転プロペラ装置。